Cradle CFD—專業(yè)熱流場(chǎng)分析工具

Cradle CFD 是MSC Software公司開(kāi)發(fā)的一系列CFD 仿真和可視化軟件集合。憑借較高效的處理速度、工程實(shí)用性和用戶高滿意度，Cradle已被廣泛地應(yīng)用于汽車、電子等領(lǐng)域，以解決熱流耦合問(wèn)題。依托聯(lián)合仿真功能，不僅可實(shí)現(xiàn)與三維多物理場(chǎng)耦合（結(jié)構(gòu)、聲學(xué)、電磁、機(jī)械），還能夠與一維系統(tǒng)級(jí)仿真工具和多學(xué)科優(yōu)化平臺(tái)耦合，實(shí)現(xiàn)多物理場(chǎng)協(xié)同仿真，例如Adams、Romax、FFT、Abaqus、GT、KULI等工具。

產(chǎn)品介紹

產(chǎn)品組成

Cradle共包含5個(gè)軟件包和1個(gè)通用的后處理模塊：

scSTREAM和HeatDesigner是基于笛卡爾網(wǎng)格（像素網(wǎng)格）的CFD軟件，前者是通用的熱流體分析系統(tǒng)，求解模型更豐富，包括多相流、燃燒、非牛頓流體等，后者主要應(yīng)用在電力電子行業(yè)，擁有大量電子元件模型可供使用，兩者均可用于大規(guī)模復(fù)雜模型的分析

SC/Tetra和scFLOW是基于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的CFD軟件，前者主要通過(guò)劃分四面體、五面體和六面體網(wǎng)格進(jìn)行離散求解，后者通過(guò)劃分多面體網(wǎng)格來(lái)進(jìn)行離散求解，主要應(yīng)用在汽車領(lǐng)域及其他通用設(shè)備領(lǐng)域，兩者均支持高精度模型的求解分析

PICLS可進(jìn)行PCB板級(jí)熱流分析，實(shí)現(xiàn)PCB級(jí)熱設(shè)計(jì)，具備實(shí)時(shí)仿真能力

通用的后處理模塊scPOST，支持上述軟件的仿真結(jié)果直接導(dǎo)入，能夠根據(jù)客戶需要快速地進(jìn)行結(jié)果可視化，包括部件溫度云圖顯示、截面熱流數(shù)據(jù)顯示、流跡線顯示以及部件熱路徑考察，快速定位熱阻分布，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)

典型應(yīng)用

電池包冷卻系統(tǒng)分析

導(dǎo)入帶有水冷板以及通風(fēng)道等回路的電池包數(shù)模，進(jìn)行冷卻系統(tǒng)內(nèi)的熱流求解，計(jì)算出系統(tǒng)內(nèi)溫度和壓力的分布，指導(dǎo)流量分布和結(jié)構(gòu)優(yōu)化等工作，同時(shí)可與一維仿真工具進(jìn)行耦合分析，通過(guò)系統(tǒng)仿真獲取三維熱流分析所需要的邊界輸入，例如進(jìn)口流量、出口壓力等，較精確地對(duì)電池包冷卻性能進(jìn)行分析。同時(shí)還可與控制模型進(jìn)行耦合，多工況地分析冷卻系統(tǒng)的響應(yīng)和效率。

電機(jī)散熱分析

電機(jī)行業(yè)迎來(lái)了一次高速發(fā)展時(shí)期，電機(jī)本身朝著體積小、功率密度高、效率高、噪聲低、成本低、可靠性高等高性能方向發(fā)展。為滿足上述要求并保持電機(jī)處于適宜工作溫度，溫升設(shè)計(jì)已成為四大電機(jī)設(shè)計(jì)指標(biāo)之一。通過(guò)Cradle進(jìn)行轉(zhuǎn)子與定子間小間隙內(nèi)冷卻效率的氣流分析，并配合Romax輸入的熱損耗分析數(shù)據(jù)，模擬電機(jī)轉(zhuǎn)子與定子之間的流動(dòng)熱阻，改善電機(jī)冷卻水套的冷卻性能。

凝露分析

為避免凝露腐蝕設(shè)備帶來(lái)的安全隱患，可利用濕蒸汽狀態(tài)和凝露公式來(lái)預(yù)測(cè)和防治凝露現(xiàn)象的發(fā)生，以此來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。應(yīng)用場(chǎng)景包括：車燈凝露分析、HVAC除霜除濕性能分析、家電產(chǎn)品箱體凝露腐蝕問(wèn)題、電子產(chǎn)品艙室結(jié)露危害分析等。

PCB熱優(yōu)化設(shè)計(jì)

PICLS的熱仿真分析幾乎可以在運(yùn)行的同時(shí)顯示結(jié)果，大大提高了效率?？煞治霾季€方案、熱通道布局、散熱器、PCB層數(shù)、銅箔厚度等參數(shù)對(duì)PCB板散熱性能的影響，滿足不同客戶根據(jù)自身工藝、成本和資源進(jìn)行選擇性優(yōu)化的需求。還可與scSTREAM進(jìn)行熱流場(chǎng)耦合分析，考慮對(duì)流換熱以及輻射的影響，提高仿真精度。

電子產(chǎn)品熱分析

scSTREAM/HeatDesigner內(nèi)置的電子元件庫(kù)，可分析電子元器件受環(huán)境和周圍其他設(shè)備的熱影響。批量刪除細(xì)小零部件以及多層級(jí)網(wǎng)格功能，幫助用戶快速簡(jiǎn)化電子模型，節(jié)省計(jì)算資源。

主要特點(diǎn)

出色的網(wǎng)格劃分能力

scFLOW支持Voxel fitting的網(wǎng)格技術(shù)，為復(fù)雜結(jié)構(gòu)直接生成網(wǎng)格。無(wú)需花費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行CAD清理，提高前處理效率。

多物理場(chǎng)耦合分析

與MSC Software和第三方軟件進(jìn)行耦合，完成多物理場(chǎng)多系統(tǒng)分析，并實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)方面，可與Abaqus、Marc等非線性分析軟件耦合進(jìn)行“熱-流-固”耦合分析；電磁方面，可與Romax、EMsolution配合進(jìn)行“機(jī)-熱-磁”分析。與Actran耦合進(jìn)行聲學(xué)分析；一維系統(tǒng)分析方面，具備與GT-SUITE、KULI進(jìn)行多系統(tǒng)耦合分析的能力，例如通過(guò)系統(tǒng)建模與三維仿真耦合來(lái)分析空調(diào)制冷回路對(duì)電池包水冷系統(tǒng)的散熱效果等。還可通過(guò)集成優(yōu)化平臺(tái)Optimus、Isight等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

多相流求解功能

Cradle采用MARS方法解決自由表面流問(wèn)題、模擬滲透和毛細(xì)作用，用VOF方法和重疊網(wǎng)格法模擬自由物體的移動(dòng)過(guò)程，例如可用于水上自由移動(dòng)物體的路徑分析，氣升泵的工況分析等。常見(jiàn)的場(chǎng)景還包括模擬油液在油箱中的晃動(dòng)和回流焊中焊料融化的過(guò)程等。

依據(jù)粒子追蹤法，可模擬分離器內(nèi)水和沙的分離過(guò)程、分析蒸發(fā)和揮發(fā)過(guò)程、噴霧燃燒、顆粒液化（液體噴膜應(yīng)用）等問(wèn)題。針對(duì)車燈、玻璃、家電等還可進(jìn)行凝露、結(jié)冰和蒸發(fā)等分析。

電子系統(tǒng)求解功能

支持Gerber數(shù)據(jù)利用，且具有封裝件制作工具（可根據(jù)不同的芯片封裝形式生成對(duì)應(yīng)的模型），支持分析運(yùn)動(dòng)物體造成的熱流傳遞現(xiàn)象（scStream內(nèi)置的直交網(wǎng)格可直接實(shí)現(xiàn)線性和圓周軌跡的運(yùn)動(dòng)），無(wú)厚度板換熱處理，焦耳熱模型等。

較高效的計(jì)算能力

在靈活的概念設(shè)計(jì)初期，Cradle可以提供快速可靠的熱流暢分析，支持導(dǎo)入部件繁多的復(fù)雜CAD模型，通過(guò)批量處理零部件、曲面捕捉、模型修復(fù)和體素網(wǎng)格技術(shù)等，快速自動(dòng)地按需進(jìn)行網(wǎng)格生成。另外測(cè)試顯示高核數(shù)并行計(jì)算效率高，可節(jié)省大量?jī)?nèi)存。用戶可在資源充足的情況下，支持采用上萬(wàn)個(gè)內(nèi)核和近20億的網(wǎng)格進(jìn)行高精度求解。

逼真的可視化處理

在后處理中，通過(guò)scPOST可視化在求解器中計(jì)算的仿真結(jié)果，例如在實(shí)際產(chǎn)品中無(wú)法測(cè)量和觀察到的溫度分布以及流場(chǎng)分布，這有利于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的審查和優(yōu)化方案的制定。在Cradle的后處理模塊中，不僅可以輸出靜止圖像，還可以輸出動(dòng)畫(huà)和CradleViewer 的輸出文件。

照明和反射的增強(qiáng)顯示使scPOST能夠創(chuàng)建逼真的渲染效果。另外，通過(guò)為 CFD 分析中的常見(jiàn)對(duì)象設(shè)置一組豐富的預(yù)定顯示標(biāo)準(zhǔn)，后續(xù)的分析中只需導(dǎo)入對(duì)應(yīng)的后處理文件即可創(chuàng)建滿意的圖像和動(dòng)畫(huà)。

應(yīng)用&案例